JP2015216084A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2015216084A
JP2015216084A JP2014099759A JP2014099759A JP2015216084A JP 2015216084 A JP2015216084 A JP 2015216084A JP 2014099759 A JP2014099759 A JP 2014099759A JP 2014099759 A JP2014099759 A JP 2014099759A JP 2015216084 A JP2015216084 A JP 2015216084A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
fuel cell
power generation
warm
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014099759A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6157405B2 (en
Inventor
渡邉 真也
Shinya Watanabe
真也 渡邉
広明 太田
Hiroaki Ota
広明 太田
加地 勇人
Isato Kachi
勇人 加地
上田 健一郎
Kenichiro Ueda
健一郎 上田
蒲地 厚志
Atsushi Gamachi
厚志 蒲地
清秀 日比野
Kiyohide Hibino
清秀 日比野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2014099759A priority Critical patent/JP6157405B2/en
Publication of JP2015216084A publication Critical patent/JP2015216084A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6157405B2 publication Critical patent/JP6157405B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a start method of a fuel cell system which raises the temperature along a cathode passage as equally as possible.SOLUTION: Start method of a fuel cell system includes a warming necessity determination step for determining the necessity of warming of a stack, a normal power generation step for supplying refrigerant at a predetermined normal power generation refrigerant flow rate to the stack and supplying air at a predetermined normal power generation air flow rate when a determination is made that warming is unnecessary, and reaction gas reduction step (time t0-t1) for supplying refrigerant at a reduction time refrigerant flow rate lower than the normal power generation refrigerant flow rate to the stack when warming is necessary and a determination is made that a request power generation current value for the fuel cell is equal to or lower than a predetermined threshold, and supplying air at a reduction time air flow rate lower than the normal power generation air flow rate to the stack.

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池における反応ガスの電気化学反応を利用して発電する燃料電池システムは、発電中の燃料電池の温度を制御するため、冷媒を循環させる冷媒循環装置を備える。また、冷え切った冷媒を循環させると燃料電池全体の温度が低下するおそれがあることから、燃料電池システムを低温起動する場合、発電に伴って生成される水が燃料電池の内部で凍結するのを防止するため、冷媒の循環は停止させるものが多い(例えば、特許文献1参照)。   BACKGROUND ART A fuel cell system that generates electric power using an electrochemical reaction of a reaction gas in a fuel cell includes a refrigerant circulation device that circulates a refrigerant in order to control the temperature of the fuel cell during power generation. In addition, if the cooled refrigerant is circulated, the temperature of the entire fuel cell may decrease. Therefore, when the fuel cell system is started at a low temperature, the water generated during power generation freezes inside the fuel cell. In order to prevent this, the circulation of the refrigerant is often stopped (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−36874号公報JP 2003-36874 A

ところで燃料電池は、反応ガスが流れる全ての面内で常に均一に発電反応が進行するとは限らない。とりわけ燃料電池の起動直後は、燃料電池を構成する膜電極構造体の含水量にばらつきが生じやすく、発電反応が進みやすい部分と進みにくい部分とでばらつきが生じやすい。   By the way, in the fuel cell, the power generation reaction does not always proceed uniformly in all planes where the reaction gas flows. In particular, immediately after the start of the fuel cell, the water content of the membrane electrode structure constituting the fuel cell tends to vary, and the variation tends to occur between the portion where the power generation reaction proceeds easily and the portion where it is difficult to proceed.

また、発電によって生成された水は、反応ガスの流路に沿って流れることから、起動直後の膜電極構造体は反応ガスの流路の出口側の近傍から湿潤になる。このため、起動直後は、反応ガスの流路のうち入口側よりも出口側の方が、発電反応が進行しやすい傾向がある。一方、上記特許文献1のように燃料電池システムの低温起動時に冷媒の循環を停止すると、燃料電池全体の温度の低下は防止できるものの、燃料電池の内部の温度分布のばらつきが大きくなる傾向がある。このため、起動直後に冷媒の循環を停止させると、燃料電池の内部のうち反応ガスの入口側と出口側とでの温度差がさらに顕著となり、結果として燃料電池の入口側よりも出口側で発電が集中する、という現象が生じる場合がある。   Further, since the water generated by the power generation flows along the flow path of the reaction gas, the membrane electrode structure immediately after the activation becomes wet from the vicinity of the outlet side of the flow path of the reaction gas. For this reason, immediately after activation, the power generation reaction tends to proceed more easily on the outlet side than on the inlet side in the flow path of the reaction gas. On the other hand, when the circulation of the refrigerant is stopped at the time of low temperature startup of the fuel cell system as in the above-mentioned Patent Document 1, although the temperature decrease of the entire fuel cell can be prevented, the variation in the temperature distribution inside the fuel cell tends to increase. . For this reason, if the circulation of the refrigerant is stopped immediately after startup, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the reaction gas in the inside of the fuel cell becomes more conspicuous, and as a result, on the outlet side than the inlet side of the fuel cell. A phenomenon that power generation is concentrated may occur.

本発明は、反応ガスの流路に沿ってできるだけ等しく温度を上昇させる燃料電池システムの起動方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for starting a fuel cell system that raises the temperature as much as possible along the flow path of the reaction gas.

(1)燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)は、反応ガス(例えば、後述の酸素及び水素)が供給されると発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池スタック2)と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置(例えば、後述のエアコンプレッサ41、EGRポンプ46、水素タンク31、及びインジェクタ35等)と、前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給装置(例えば、後述のウォータポンプ52)と、を備える。本発明に係る燃料電池システムの起動方法は、前記燃料電池の暖機の要否を判定する暖機要否判定工程(例えば、後述の図2のS1の処理)と、暖機が不要であると判定された場合には、前記冷媒を所定の通常冷媒流量(例えば、後述の図3の通常発電冷媒流量)で前記燃料電池に供給しかつ前記反応ガスを所定の通常発電流量(例えば、後述の図3の通常発電エア流量)又は通常発電濃度で供給する通常発電工程(例えば、後述の図2のS4の処理)と、暖機が必要であると判定された場合には、前記冷媒を前記通常冷媒流量よりも少ない暖機冷媒流量(例えば、後述の図3の低減時冷媒流量)で前記燃料電池に供給する冷媒流量低減工程(例えば、後述の図4のS12のエア流量低減処理及びS13の通常暖機処理)と、前記燃料電池に対する要求発電電流値を取得し、当該要求発電電流値が所定の閾値以下であるか否かを判定する要求電流判定工程(例えば、後述の図5のS25の処理)と、暖機が必要でありかつ前記要求発電電流値が前記閾値以下であると判定された場合には、前記反応ガスを前記通常発電流量よりも少ない暖機発電流量(例えば、後述の図3の低減時エア流量)又は前記通常発電濃度よりも低い暖機発電濃度で前記燃料電池に供給する反応ガス低減工程(例えば、後述の図4のS12のエア流量低減処理)と、を備えることを特徴とする。   (1) A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later) includes a fuel cell (for example, a fuel cell stack 2 described later) that generates power when a reaction gas (for example, oxygen and hydrogen described later) is supplied; A reaction gas supply device (for example, an air compressor 41, an EGR pump 46, a hydrogen tank 31, and an injector 35, which will be described later) for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a refrigerant supply device (for example, a refrigerant supply device for supplying refrigerant to the fuel cell) And a water pump 52) to be described later. The start-up method of the fuel cell system according to the present invention does not require a warm-up necessity determination step (for example, a process of S1 in FIG. 2 described later) for determining whether or not the fuel cell needs to be warmed up. Is determined, the refrigerant is supplied to the fuel cell at a predetermined normal refrigerant flow rate (for example, a normal power generation refrigerant flow rate in FIG. 3 described later), and the reaction gas is supplied to a predetermined normal power generation flow rate (for example, described later). If it is determined that the normal power generation step (for example, the process of S4 in FIG. 2 described later) and warm-up are required, the refrigerant is supplied. A refrigerant flow rate reduction step (for example, an air flow rate reduction process of S12 in FIG. 4 described later) and a refrigerant flow rate reduction process for supplying the fuel cell with a warm-up refrigerant flow rate (for example, a reduced refrigerant flow rate in FIG. 3 described later) smaller than the normal refrigerant flow rate. Normal warm-up process of S13) and the fuel cell The required current generation value to be acquired, and a required current determination step (for example, the process of S25 in FIG. 5 described later) for determining whether or not the required generated current value is equal to or less than a predetermined threshold value are required. When it is determined that the required power generation current value is equal to or less than the threshold value, the warm-up power generation flow rate (for example, the reduced air flow rate of FIG. And a reactive gas reduction step (for example, an air flow rate reduction process in S12 of FIG. 4 described later) supplied to the fuel cell at a warm-up power generation concentration lower than the normal power generation concentration.

(2)この場合、前記要求発電電流値が前記閾値より大きいと判定された場合には前記反応ガス低減工程を行わないことが好ましい。   (2) In this case, it is preferable not to perform the reactive gas reduction step when it is determined that the required power generation current value is larger than the threshold value.

(3)この場合、前記起動方法は、前記燃料電池の内部の反応ガスの流路のうち入口側の温度を取得し、当該入口側の温度が所定の第1温度以上であるか否かを判定する入口温度判定工程(例えば、後述の図5のS22の処理)と、前記反応ガス低減工程を行っている間に前記入口側の温度が前記第1温度以上であると判定された場合には、前記反応ガスの流量を前記暖機発電流量より増加させるか又は前記反応ガスの濃度を前記暖機発電濃度よりも増加させる反応ガス復帰工程(例えば、後述の図5のS23の処理)と、をさらに備えることが好ましい。   (3) In this case, the start-up method acquires the temperature on the inlet side of the flow path of the reaction gas inside the fuel cell, and determines whether the temperature on the inlet side is equal to or higher than a predetermined first temperature. When it is determined that the temperature on the inlet side is equal to or higher than the first temperature while performing the inlet temperature determination step (for example, the process of S22 in FIG. 5 described later) and the reactive gas reduction step. Is a reaction gas return step (for example, the processing of S23 in FIG. 5 described later) for increasing the flow rate of the reaction gas above the warm-up power generation flow rate or increasing the concentration of the reaction gas above the warm-up power generation concentration. Are preferably further provided.

(4)この場合、前記起動方法は、前記燃料電池の内部の最高温度を取得し、当該最高温度が所定の第2温度以上であるか否かを判定する最高温度判定工程(例えば、後述の図9のS60の処理)と、前記冷媒流量低減工程を行っている間に前記最高温度が前記第2温度以上であると判定された場合には、前記冷媒の流量を前記暖機冷媒流量よりも増加させる冷媒流量復帰工程(例えば、後述の図9のS53の処理)と、をさらに備えることが好ましい。   (4) In this case, the start-up method obtains the maximum temperature inside the fuel cell and determines whether or not the maximum temperature is equal to or higher than a predetermined second temperature (for example, described later) If it is determined that the maximum temperature is equal to or higher than the second temperature during the process of S60 in FIG. 9 and the refrigerant flow rate reduction step, the flow rate of the refrigerant is set higher than the warm-up refrigerant flow rate. It is preferable to further include a refrigerant flow rate return step (for example, a process of S53 in FIG.

(5)この場合、前記起動方法は、前記燃料電池の膜の含水率を取得する含水率取得工程(例えば、後述の図11のS71の処理)をさらに備え、暖機が必要であり、前記要求発電電流値が前記閾値以下であり、かつ前記含水率が所定値以下であると判定された場合(例えば、後述の図11のS72の判定がYESの場合)には、前記反応ガス低減工程を行うことが好ましい。   (5) In this case, the start-up method further includes a moisture content acquisition step (for example, the process of S71 in FIG. 11 described later) for acquiring the moisture content of the membrane of the fuel cell, and requires warm-up, When it is determined that the required power generation current value is equal to or less than the threshold value and the moisture content is equal to or less than a predetermined value (for example, the determination in S72 of FIG. 11 described later is YES), the reactive gas reduction step. It is preferable to carry out.

(1)本発明では、暖機の要否を判定し、暖機が不要であると判定された場合には通常発電工程を行い、暖機が必要であると判定された場合には冷媒流量低減工程と反応ガス低減工程とを行う。特に本発明では、反応ガス低減工程では、反応ガスの流量又は濃度を、通常発電工程における流量又は濃度よりも低減させる。そうすると、燃料電池の内部では、反応ガスの流路に沿って、出口側よりも入口側の方が発電反応が進みやすくなるので、上述のように出口側で発電が集中するのを防止できる。したがって本発明によれば、冷媒の流量を低減し温度分布にばらつきが生じやすい環境下でも、入口側から出口側までまんべんなく温度を上昇させることができる。またこれにより、燃料電池の発電性能のばらつきを抑えながら暖機できる。また本発明では、暖機が必要でありかつ燃料電池に対する要求発電電流値が所定の閾値より小さいと判定されたときに、上述のような効果を有する反応ガス低減工程を行うので、商品性を損なうことがない。すなわち、暖機を優先して反応ガス低減工程を行うあまり、燃料電池で要求に応じた発電が行われなくなってしまうのを防止できる。   (1) In the present invention, whether or not warm-up is necessary is determined. When it is determined that warm-up is not necessary, the normal power generation process is performed, and when it is determined that warm-up is necessary, the refrigerant flow rate is determined. A reduction process and a reaction gas reduction process are performed. Particularly in the present invention, in the reaction gas reduction step, the flow rate or concentration of the reaction gas is reduced more than the flow rate or concentration in the normal power generation step. Then, in the fuel cell, the power generation reaction proceeds more easily on the inlet side than on the outlet side along the flow path of the reaction gas, so that it is possible to prevent power generation from concentrating on the outlet side as described above. Therefore, according to the present invention, the temperature can be increased evenly from the inlet side to the outlet side even in an environment where the flow rate of the refrigerant is reduced and the temperature distribution tends to vary. In addition, this makes it possible to warm up while suppressing variations in power generation performance of the fuel cell. Further, in the present invention, when the warm-up is necessary and the required power generation current value for the fuel cell is determined to be smaller than the predetermined threshold value, the reactive gas reduction step having the above-described effect is performed, so that the merchantability is improved. There is no loss. That is, it is possible to prevent the fuel cell from generating power according to the demand because the reactive gas reduction process is performed with priority given to warm-up.

(2)燃料電池の内部で進行する発電反応は、燃料電池の発電電流が比較的小さい場合には、上述のように出口側に偏る傾向があるものの、燃料電池の発電電流が比較的大きい場合には、入口側から出口側までまんべんなく発電反応が進行する傾向がある。すなわち、燃料電池の発電電流が比較的大きい場合には小さい場合よりも反応ガス低減工程を行う必要性が乏しい。また、反応ガスを低減すると、燃料電池の内部抵抗が上昇し発電に伴う発熱量も上昇するため、暖機には有利であるものの、上述のように要求に応じた発電を行うことができなくなってしまう虞がありまた燃料電池の劣化が進みやすい。そこで本発明では、要求発電電流値が所定の閾値以下である場合にのみ反応ガス低減工程を行い、要求発電電流値が閾値より大きい場合には反応ガス低減工程を行わない。これにより、要求発電電流値が大きい場合には要求通りの大きさの電流を出力させることを優先できるので、商品性を向上することができる。また、必要な時にのみ反応ガス低減工程を行うことで、燃料電池の劣化も極力抑制できる。   (2) Although the power generation reaction proceeding inside the fuel cell tends to be biased toward the outlet side as described above when the power generation current of the fuel cell is relatively small, the power generation current of the fuel cell is relatively large There is a tendency that the power generation reaction proceeds evenly from the entrance side to the exit side. That is, when the power generation current of the fuel cell is relatively large, it is less necessary to perform the reaction gas reduction step than when it is small. In addition, reducing the reaction gas increases the internal resistance of the fuel cell and increases the amount of heat generated by power generation, which is advantageous for warming up, but it is not possible to generate power as required as described above. The fuel cell is likely to deteriorate. Therefore, in the present invention, the reactive gas reduction process is performed only when the required power generation current value is equal to or less than the predetermined threshold value, and the reactive gas reduction process is not performed when the required power generation current value is larger than the threshold value. As a result, when the required power generation current value is large, priority can be given to outputting a current having a required magnitude, so that merchantability can be improved. Moreover, the deterioration of the fuel cell can be suppressed as much as possible by performing the reactive gas reduction step only when necessary.

(3)上述のように、起動直後は反応ガスの出口側で発電が集中する傾向があるのに対し、反応ガス低減工程を行うと反応ガスの入口側で発電を集中させ、入口側の温度を上昇させることができる。しかしながら、入口側で発電を集中させると、入口側の温度が過剰に上昇し、膜が損傷する虞がある。これに対し本発明では、反応ガス低減工程を行うことによって入口側の温度が第1温度を超えた場合には、反応ガスの流量又は濃度を増加させることにより、全域での発電に移行するため、入口側のみに発電が集中する状態を解消でき、入口側の過昇温による膜の損傷を抑制することができる。   (3) As described above, power generation tends to concentrate on the reaction gas outlet side immediately after startup, whereas when the reaction gas reduction step is performed, power generation is concentrated on the reaction gas inlet side, and the temperature on the inlet side Can be raised. However, if power generation is concentrated on the inlet side, the temperature on the inlet side increases excessively and the membrane may be damaged. On the other hand, in the present invention, when the temperature on the inlet side exceeds the first temperature by performing the reaction gas reduction step, the flow rate or concentration of the reaction gas is increased to shift to power generation in the entire area. The state where power generation concentrates only on the inlet side can be eliminated, and damage to the membrane due to excessive temperature rise on the inlet side can be suppressed.

(4)上述のように冷媒の流量を低減すると、燃料電池全体の温度の低下を防止できるものの、燃料電池の内部の温度分布のばらつきが大きくなる傾向がある。これに対し本発明では、冷媒流量低減工程を行っている間に、燃料電池の内部の最高温度が第2温度を超えた場合には、冷媒の流量を増加させる。これにより、温度分布のばらつきをなだらかにしながら、燃料電池全体の温度を上昇させることができる。   (4) When the flow rate of the refrigerant is reduced as described above, the temperature of the entire fuel cell can be prevented from lowering, but the variation in temperature distribution inside the fuel cell tends to increase. In contrast, in the present invention, when the maximum temperature inside the fuel cell exceeds the second temperature during the refrigerant flow rate reduction step, the flow rate of the refrigerant is increased. As a result, the temperature of the entire fuel cell can be raised while the variation in temperature distribution is smoothed.

(5)燃料電池の膜の含水率が発電に適した程度に十分である場合には、反応ガスの流量や濃度を低減せずとも発電反応が出口側に偏ることはない。そこで本発明では、暖機が必要であり、要求発電電流値が閾値以下であり、さらに膜の含水率が所定値以下であると判定された場合に反応ガス低減工程を行う。このように、必要な時にのみ反応ガス低減工程を行うことにより、商品性を向上しながら燃料電池の劣化も極力抑制できる。   (5) If the water content of the fuel cell membrane is sufficient to be suitable for power generation, the power generation reaction will not be biased toward the outlet side without reducing the flow rate and concentration of the reaction gas. Therefore, in the present invention, the reaction gas reduction step is performed when it is determined that warm-up is necessary, the required generated current value is equal to or less than the threshold value, and the moisture content of the membrane is equal to or less than the predetermined value. In this way, by performing the reactive gas reduction process only when necessary, deterioration of the fuel cell can be suppressed as much as possible while improving merchantability.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池システムの起動処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the starting process of a fuel cell system. エア流量及び冷媒流量を決定するマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which determines an air flow rate and a refrigerant | coolant flow rate. 暖機処理のメインフローチャートである。It is a main flowchart of a warm-up process. フラグを更新する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which updates a flag. 暖機処理の実行中におけるスタックの入口側温度及び出口側温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the entrance side temperature and exit side temperature of a stack during execution of warming-up process. スタック内部の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution inside a stack. スタック内部の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution inside a stack. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムにおけるフラグを更新する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which updates the flag in the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図5のフローチャートの変形例1である。It is the modification 1 of the flowchart of FIG. 図5のフローチャートの変形例2である。It is the modification 2 of the flowchart of FIG.

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1の構成を示す図である。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2に反応ガスとしての水素を供給するアノード系3と、燃料電池スタック2に反応ガスとしての酸素を含んだエアを供給するカソード系4と、燃料電池スタック2から排出されたガスの後処理を行う希釈器37と、燃料電池スタック2を冷却する冷却装置5と、燃料電池スタック2で発電した電力を蓄えるバッテリBと、燃料電池スタック2及びバッテリBからの電力の供給によってタイヤ(図示せず)を駆動する走行モータMと、これらの電子制御ユニットであるECU6と、を備える。なお、この燃料電池システム1は、上記タイヤを駆動輪とした燃料電池車両(図示せず)に搭載される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to the present embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, an anode system 3 that supplies hydrogen as a reaction gas to the fuel cell stack 2, and a cathode system 4 that supplies air containing oxygen as a reaction gas to the fuel cell stack 2. A diluter 37 that performs post-treatment of the gas discharged from the fuel cell stack 2, a cooling device 5 that cools the fuel cell stack 2, a battery B that stores electric power generated by the fuel cell stack 2, and a fuel cell stack 2 and a running motor M that drives tires (not shown) by supplying electric power from the battery B, and an ECU 6 that is an electronic control unit thereof. The fuel cell system 1 is mounted on a fuel cell vehicle (not shown) using the tire as a driving wheel.

燃料電池スタック(以下、単に「スタック」という)2は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陰極)及びカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック2は、アノード電極側に形成されたアノード流路21に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路22に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。   The fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “stack”) 2 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each fuel cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. In the stack 2, when hydrogen is supplied to the anode flow path 21 formed on the anode electrode side and oxygen-containing air is supplied to the cathode flow path 22 formed on the cathode electrode side, these electrochemical reactions occur. To generate electricity.

発電中のスタック2から取り出される出力電流は、電流制御器29を介してバッテリBや負荷(走行モータM及びエアコンプレッサ41等)に入力される。ECU6は、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ(図示せず)からの出力信号に基づいて、スタック2の出力電流に対する要求値に相当する要求発電電流値を算出する。電流制御器29は、ECU6によって算出された要求発電電流値を用いて発電中のスタック2の出力電流を制御する。   The output current taken out from the stack 2 during power generation is input to the battery B and the load (travel motor M, air compressor 41, etc.) via the current controller 29. The ECU 6 calculates a required generated current value corresponding to a required value for the output current of the stack 2 based on an output signal from an accelerator opening sensor (not shown) that detects the opening of the accelerator pedal. The current controller 29 controls the output current of the stack 2 during power generation using the required power generation current value calculated by the ECU 6.

バッテリBは、スタック2で発電した電力や、走行モータMによって回生制動力として回収した電気エネルギーを蓄える。また、例えば燃料電池システム1の起動時や車両の高負荷運転時には、バッテリBに蓄えられた電力はスタック2の出力を補うようにして負荷に供給される。   The battery B stores electric power generated by the stack 2 and electric energy recovered as a regenerative braking force by the traveling motor M. Further, for example, when the fuel cell system 1 is started up or when the vehicle is operated at a high load, the electric power stored in the battery B is supplied to the load so as to supplement the output of the stack 2.

アノード系3は、水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンク31と、水素タンク31からスタック2のアノード流路21の導入部に至る水素供給管32と、アノード流路21の排出部から希釈器37に至る水素排出管33と、水素排出管33から分岐し水素供給管32に至る水素還流管34と、を含んで構成される。水素を含んだガスの水素循環流路は、水素供給管32、アノード流路21、水素排出管33及び水素還流管34によって構成される。   The anode system 3 includes a hydrogen tank 31 that stores hydrogen gas at a high pressure, a hydrogen supply pipe 32 that extends from the hydrogen tank 31 to the introduction part of the anode flow path 21 of the stack 2, and a diluter 37 from the discharge part of the anode flow path 21. And a hydrogen reflux pipe 34 that branches from the hydrogen discharge pipe 33 and reaches the hydrogen supply pipe 32. The hydrogen circulation flow path for the gas containing hydrogen is constituted by a hydrogen supply pipe 32, an anode flow path 21, a hydrogen discharge pipe 33 and a hydrogen reflux pipe 34.

水素供給管32には、水素タンク31側からスタック2側へ向かって順に、主止弁312と、主止弁312を介して供給された新たな水素ガスを、スタック2へ向けて噴射するインジェクタ35と、が設けられている。発電中のスタック2のアノード流路21に供給される水素の流量やアノード流路21内の圧力は、インジェクタ35を開閉駆動することによって制御される。   In the hydrogen supply pipe 32, a main stop valve 312 and an injector for injecting new hydrogen gas supplied via the main stop valve 312 toward the stack 2 in this order from the hydrogen tank 31 side to the stack 2 side. 35 is provided. The flow rate of hydrogen supplied to the anode passage 21 of the stack 2 during power generation and the pressure in the anode passage 21 are controlled by opening and closing the injector 35.

水素排出管33のうち、上記水素還流管34との接続部より下流側には、パージ弁33aが設けられている。水素循環流路内を循環するガスの水素濃度が低下すると、スタック2の発電効率が低下する。このため、パージ弁33aは、スタック2の発電中に適切なタイミングで開かれる。これにより、水素循環流路内のガスは、希釈器37へ排出される。   A purge valve 33 a is provided in the hydrogen discharge pipe 33 on the downstream side of the connection portion with the hydrogen reflux pipe 34. When the hydrogen concentration of the gas circulating in the hydrogen circulation channel decreases, the power generation efficiency of the stack 2 decreases. For this reason, the purge valve 33a is opened at an appropriate timing during the power generation of the stack 2. Thereby, the gas in the hydrogen circulation channel is discharged to the diluter 37.

カソード系4は、エアコンプレッサ41と、エアコンプレッサ41からカソード流路22の導入部に至る空気供給管42と、カソード流路22の排出部から希釈器37に至る空気排出管43と、空気排出管43から分岐し空気供給管42に至る空気還流管45と、空気排出管43から分岐し水素供給管32及び希釈器37に至るスタックバイパス管48と、を含んで構成される。酸素を含んだガスの酸素循環流路は、空気供給管42、カソード流路22、空気排出管43及び空気還流管45によって構成される。   The cathode system 4 includes an air compressor 41, an air supply pipe 42 extending from the air compressor 41 to the introduction part of the cathode flow path 22, an air discharge pipe 43 extending from the discharge part of the cathode flow path 22 to the diluter 37, and an air discharge An air reflux pipe 45 branched from the pipe 43 to the air supply pipe 42 and a stack bypass pipe 48 branched from the air discharge pipe 43 to the hydrogen supply pipe 32 and the diluter 37 are configured. The oxygen circulation flow path of the gas containing oxygen is constituted by the air supply pipe 42, the cathode flow path 22, the air discharge pipe 43 and the air reflux pipe 45.

エアコンプレッサ41は、システム外のエアを、空気供給管42を介してスタック2のカソード流路22に空気を供給する。また、空気排出管43には、カソード流路22内の圧力を調整するための背圧弁43bが設けられている。発電中のスタック2のカソード流路22に供給されるエアの流量(以下、「エア流量」という)は、エアコンプレッサ41の回転数を調整することによって制御される。   The air compressor 41 supplies air outside the system to the cathode flow path 22 of the stack 2 via the air supply pipe 42. The air exhaust pipe 43 is provided with a back pressure valve 43b for adjusting the pressure in the cathode flow path 22. The flow rate of air supplied to the cathode flow path 22 of the stack 2 during power generation (hereinafter referred to as “air flow rate”) is controlled by adjusting the rotational speed of the air compressor 41.

空気還流管45には、空気排出管43側のガスを空気供給管42に圧送し、酸素循環流路内で酸素を含んだガスを循環させるEGRポンプ46が設けられている。このEGRポンプ46を駆動すると、スタック2のカソード流路22の出口側から排出されたガスの一部は、カソード流路22の入口側に還流される。したがって、このEGRポンプ46を駆動し続けることにより、エアコンプレッサ41から新たに供給される空気の量に対する空気還流管45を介して還流されるガスの量の割合を増加させることができ、スタック2のカソード流路22内のガスの酸素濃度を低減することができる。   The air reflux pipe 45 is provided with an EGR pump 46 that pumps the gas on the air discharge pipe 43 side to the air supply pipe 42 and circulates the oxygen-containing gas in the oxygen circulation passage. When the EGR pump 46 is driven, a part of the gas discharged from the outlet side of the cathode channel 22 of the stack 2 is returned to the inlet side of the cathode channel 22. Therefore, by continuing to drive the EGR pump 46, the ratio of the amount of gas recirculated through the air recirculation pipe 45 to the amount of air newly supplied from the air compressor 41 can be increased. The oxygen concentration of the gas in the cathode flow path 22 can be reduced.

スタックバイパス管48には、エアコンプレッサ41から希釈器37へ流れる空気の流量を制御するバイパス弁48aと、エアコンプレッサ41から水素供給管32へ流れる空気の流量を制御する掃気弁48bと、が設けられている。バイパス弁48aは、例えば背圧弁43bを閉じており、空気排出管43から希釈ガスを希釈器37に供給できない場合に開かれ、エアコンプレッサ41の直下の空気を希釈器37に供給する。掃気弁48bは、スタック2による発電を停止している間に水素循環流路内に残留する不純物をエアコンプレッサ41から供給した空気で排出する掃気処理を実行する場合や、スタック2のアノード流路21内の水素濃度を低減する場合等に開かれる。   The stack bypass pipe 48 is provided with a bypass valve 48 a that controls the flow rate of air flowing from the air compressor 41 to the diluter 37, and a scavenging valve 48 b that controls the flow rate of air flowing from the air compressor 41 to the hydrogen supply pipe 32. It has been. The bypass valve 48 a is opened when, for example, the back pressure valve 43 b is closed and dilution gas cannot be supplied from the air discharge pipe 43 to the diluter 37, and supplies air immediately below the air compressor 41 to the diluter 37. The scavenging valve 48b performs a scavenging process in which impurities remaining in the hydrogen circulation flow path are discharged with air supplied from the air compressor 41 while power generation by the stack 2 is stopped, or the anode flow path of the stack 2 Opened to reduce the hydrogen concentration in the 21.

希釈器37は、上述の背圧弁43b、及びバイパス弁48aを介して導入されたガスを希釈ガスとして、パージ弁33aを介して排出された水素を含んだガスを希釈し、システム外に排出する。   The diluter 37 uses the gas introduced through the back pressure valve 43b and the bypass valve 48a as a dilution gas, dilutes the gas containing hydrogen discharged through the purge valve 33a, and discharges it out of the system. .

冷却装置5は、スタック2を経路に含む冷媒循環流路51と、冷媒循環流路51内の冷媒を所定の方向に圧送するウォータポンプ52と、冷媒循環流路51の一部となるラジエタ53と、ラジエタ53を通流する冷媒を冷却するラジエタファン54と、を備える。スタック2に供給される冷媒の流量(以下、「冷媒流量」という)は、ウォータポンプ52の回転数を調整することによって、スタック2の発電状態に適した大きさに制御される。   The cooling device 5 includes a refrigerant circulation channel 51 including the stack 2 as a path, a water pump 52 that pumps the refrigerant in the refrigerant circulation channel 51 in a predetermined direction, and a radiator 53 that is a part of the refrigerant circulation channel 51. And a radiator fan 54 that cools the refrigerant flowing through the radiator 53. The flow rate of the refrigerant supplied to the stack 2 (hereinafter referred to as “refrigerant flow rate”) is controlled to a size suitable for the power generation state of the stack 2 by adjusting the rotational speed of the water pump 52.

ECU6には、スタック2の発電状態を把握するため、電流センサ27、スタック温度センサ28、及びセル電圧センサ26等のセンサが接続されている。電流センサ27は、スタック2の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に出力する。スタック温度センサ28は、スタック2の所定の部分における温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に出力する。セル電圧センサ26は、スタック2を構成する燃料電池セルで発生するセル電圧を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に出力する。   Sensors such as a current sensor 27, a stack temperature sensor 28, and a cell voltage sensor 26 are connected to the ECU 6 in order to grasp the power generation state of the stack 2. The current sensor 27 detects the output current of the stack 2 and outputs a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 6. The stack temperature sensor 28 detects the temperature at a predetermined portion of the stack 2 and outputs a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 6. The cell voltage sensor 26 detects a cell voltage generated in the fuel cells constituting the stack 2 and outputs a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 6.

図示しない車両の運転席には、運転者が操作可能なイグニッションスイッチIGが設けられている。イグニッションスイッチIGは、運転者によってオフからオンにされると、燃料電池システム1の起動指令信号をECU6に出力し、オンからオフにされると燃料電池システム1の停止指令信号をECU6に出力する。   An ignition switch IG that can be operated by the driver is provided in a driver's seat of a vehicle (not shown). The ignition switch IG outputs a start command signal for the fuel cell system 1 to the ECU 6 when turned on by the driver, and outputs a stop command signal for the fuel cell system 1 to the ECU 6 when turned off from the on state. .

図2は、燃料電池システムの起動処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この起動処理は、イグニッションスイッチからの起動指令信号を検出したことを契機として、ECUによって実行される。   FIG. 2 is a flowchart showing a specific procedure of the starting process of the fuel cell system. This activation process is executed by the ECU in response to detection of an activation command signal from the ignition switch.

始めにS1では、ECUは、燃料電池システムの暖機の要否を判定する。より具体的には、ECUは、温度センサの出力に基づいて取得したスタックの温度が所定の暖機判定温度以下である場合、又は前回イグニッションスイッチがオフにされてから今回オンにされるまでの時間(所謂、ソーク時間)が所定の暖機判定時間以上である場合には、燃料電池システムの暖機処理を実行する必要があると判定し、これ以外の場合には、燃料電池システムの暖機処理を実行する必要はないと判定する。   First, in S1, the ECU determines whether or not the fuel cell system needs to be warmed up. More specifically, the ECU determines whether the stack temperature acquired based on the output of the temperature sensor is equal to or lower than a predetermined warm-up determination temperature, or until the ignition switch is turned on this time after the ignition switch is turned off last time. When the time (so-called soak time) is equal to or longer than a predetermined warm-up determination time, it is determined that it is necessary to execute the warm-up process of the fuel cell system. Otherwise, the warm-up time of the fuel cell system is determined. It is determined that it is not necessary to execute the machine process.

S1の判定がNOである場合には、ECUは、S2の暖機処理を実行することなく、直ちに通常発電を開始する(S4)。この通常発電では、ECUは、例えば図3の実線で示すようなマップを用い、所定の入力に基づいてエア流量及び冷媒流量を制御する。またS1の判定がYESである場合には、ECUは、S3において燃料電池システムの暖機が終了したと判定するまで、図4〜図8を参照して説明する暖機処理を実行する。ECUは、後述の暖機終了フラグFfinが1である場合には、燃料電池システムの暖機が終了したと判定する。この暖機終了フラグFfinは、S2の暖機処理が完了したことを示すフラグであり、後述の図5のフラグ更新処理によって更新される。なおこの暖機終了フラグFfinは、イグニッションスイッチをオンにした直後は、0にセットされる。なお以下では、図3の実線で示すマップを用いて定められるエア流量を通常発電エア流量といい、冷媒流量を通常発電冷媒流量という。   If the determination in S1 is NO, the ECU immediately starts normal power generation without executing the warm-up process in S2 (S4). In this normal power generation, the ECU controls the air flow rate and the refrigerant flow rate based on a predetermined input using, for example, a map as shown by a solid line in FIG. If the determination in S1 is YES, the ECU executes the warm-up process described with reference to FIGS. 4 to 8 until it is determined in S3 that the warm-up of the fuel cell system has been completed. The ECU determines that the warm-up of the fuel cell system has ended when a warm-up end flag Ffin described later is 1. The warm-up end flag Ffin is a flag indicating that the warm-up process in S2 has been completed, and is updated by a flag update process in FIG. The warm-up completion flag Ffin is set to 0 immediately after turning on the ignition switch. In the following, the air flow rate determined using the map shown by the solid line in FIG. 3 is referred to as a normal power generation air flow rate, and the refrigerant flow rate is referred to as a normal power generation refrigerant flow rate.

図4は、暖機処理のメインフローチャートである。この処理は、図2のS3において燃料電池システムの暖機が終了したと判定されるまで、ECUによって繰り返し実行される。   FIG. 4 is a main flowchart of the warm-up process. This process is repeatedly executed by the ECU until it is determined in S3 of FIG. 2 that the warm-up of the fuel cell system has been completed.

S11では、ECUは、エア低減フラグFairが1であるか否かを判定する。このエア低減フラグFairは、スタックのカソード流路の出口側よりも入口側で重点的に発電が実行されるように、後述のエア流量低減処理の実行が要求された状態であることを示すフラグである。このフラグFairは、後述の図5のフラグ更新処理によって更新される。なお、このフラグFairは、イグニッションスイッチをオンにした直後は、1にセットされる。   In S11, the ECU determines whether or not the air reduction flag Fair is 1. This air reduction flag Fair is a flag indicating that execution of an air flow rate reduction process, which will be described later, is requested so that power generation is performed more preferentially on the inlet side than on the outlet side of the cathode flow path of the stack. It is. This flag Fair is updated by a flag update process of FIG. 5 described later. The flag Fair is set to 1 immediately after turning on the ignition switch.

S11の判定がYESである場合、S12に移る。S12ではECUは、図3の一点鎖線で示すようなマップを用いてエア流量及び冷媒流量を制御する。なお以下では、図3の一点鎖線で示すマップを用いて定められるエア流量を低減時エア流量といい、冷媒流量を低減時冷媒流量という。図3に示すように、これら低減時エア流量及び低減時冷媒流量は、それぞれ通常発電エア流量及び通常発電冷媒流量よりも少なくなるように定められている。また以下では、低減時エア流量のエアを供給しながら低減時冷媒流量の冷媒を供給することをエア流量低減処理という。   When determination of S11 is YES, it moves to S12. In S12, the ECU controls the air flow rate and the refrigerant flow rate using a map as shown by a one-dot chain line in FIG. In the following, the air flow rate determined using the map shown by the one-dot chain line in FIG. 3 is referred to as a reduced air flow rate, and the refrigerant flow rate is referred to as a reduced refrigerant flow rate. As shown in FIG. 3, the reduced air flow rate and the reduced refrigerant flow rate are determined to be smaller than the normal power generation air flow rate and the normal power generation refrigerant flow rate, respectively. Hereinafter, supplying the refrigerant having the reduced refrigerant flow while supplying the air having the reduced air flow is referred to as air flow reduction processing.

ここで、S12のエア流量低減処理の効果について説明する。上述のようにエア流量を低減すると、スタックの内部抵抗が上昇するため、スタックの温度上昇が大きくなる。また、上述のように、起動直後におけるスタックの内部では、発電反応はカソード流路の出口側に偏りがちである。これに対し、エア流量を上述の通常発電エア流量よりもさらに低減すると、スタックの内部における発電反応はより酸素濃度が高いカソード流路の入口側で重点的に進行するようになる。S12のエア流量低減処理では、エア流量を低減時エア流量まで低減することによって、入口側で重点的に発電反応を進行させ、入口側の温度を速やかに昇温することができる。また冷媒を循環させると、スタックの内部の温度分布のばらつきは小さくなるものの、スタック全体の温度は低下する傾向がある。S12のエア流量低減処理では、冷媒流量を低減時冷媒流量まで低減することにより、上述のようにエア流量を低減することによる入口側の昇温効果を妨げないようにすることができる。   Here, the effect of the air flow rate reduction process in S12 will be described. As described above, when the air flow rate is reduced, the internal resistance of the stack increases, so that the temperature rise of the stack increases. Further, as described above, the power generation reaction tends to be biased toward the outlet side of the cathode flow channel within the stack immediately after startup. On the other hand, when the air flow rate is further reduced from the above-described normal power generation air flow rate, the power generation reaction inside the stack is preferentially advanced on the inlet side of the cathode flow path having a higher oxygen concentration. In the air flow rate reduction process of S12, by reducing the air flow rate to the reduced air flow rate, the power generation reaction can be advanced on the inlet side, and the temperature on the inlet side can be quickly raised. Further, when the refrigerant is circulated, the temperature distribution of the entire stack tends to decrease, although the variation in the temperature distribution inside the stack is reduced. In the air flow rate reduction process of S12, the temperature increase effect on the inlet side by reducing the air flow rate as described above can be prevented from being prevented by reducing the refrigerant flow rate to the refrigerant flow rate at the time of reduction.

S11の判定がNOである場合、S13に移る。S13ではECUは、図3の実線で示すようなマップを用いてエア流量を制御し、図3の一点鎖線で示すようなマップを用いて冷媒流量を制御する。すなわち、S13では、ECUは、冷媒流量を低減時冷媒流量まで低減しながら、エア流量を通常発電エア流量まで増加する。以下では、このように通常発電エア流量のエアを供給しながら低減時冷媒流量の冷媒を供給することを通常暖機処理という。   When determination of S11 is NO, it moves to S13. In S13, the ECU controls the air flow rate using a map as shown by a solid line in FIG. 3, and controls the refrigerant flow rate using a map as shown by a one-dot chain line in FIG. That is, in S13, the ECU increases the air flow rate to the normal power generation air flow rate while reducing the refrigerant flow rate to the reduced refrigerant flow rate. Hereinafter, supplying the refrigerant with the reduced refrigerant flow rate while supplying the air with the normal power generation air flow rate will be referred to as the normal warm-up process.

ここで、S13の通常暖機処理の効果について説明する。上述のエア流量低減処理を実行すると、エア流量を低減することに起因してスタックのカソード流路には生成水が溜まる傾向がある。S13の通常暖機処理は、冷媒の流量を低減しながらエア流量を通常発電エア流量まで増加することにより、冷えた冷媒が循環することによるスタックの温度低下を抑制しながら、溜まった生成水をスタックから排出することができる。また、出口側の酸素濃度が上昇するため、全域を用いた発電に移行する。   Here, the effect of the normal warm-up process in S13 will be described. When the air flow rate reduction process described above is executed, the generated water tends to accumulate in the cathode flow path of the stack due to the reduction of the air flow rate. The normal warm-up process in S13 increases the air flow rate to the normal power generation air flow rate while reducing the flow rate of the refrigerant, thereby suppressing the temperature drop of the stack due to the circulation of the cooled refrigerant, It can be discharged from the stack. Moreover, since the oxygen concentration on the outlet side increases, the power generation using the entire region is shifted.

図5は、図2及び図4の処理において参照される暖機終了フラグFfin及びエア低減フラグFairを更新する手順を示すフローチャートである。換言すれば、図5は、図4の暖機処理の実行の可否、並びに図4の通常暖機処理及びエア流量低減処理の何れかを選択する手順を示すフローチャートである。図5のフラグ更新処理は、図4の暖機処理と同様に、図2のS3において燃料電池システムの暖機が終了したと判定されるまで、ECUによって繰り返し実行される。   FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for updating the warm-up end flag Ffin and the air reduction flag Fair referred to in the processes of FIGS. 2 and 4. In other words, FIG. 5 is a flowchart showing the procedure for selecting whether or not to execute the warm-up process of FIG. 4 and either the normal warm-up process or the air flow rate reduction process of FIG. The flag update process of FIG. 5 is repeatedly executed by the ECU until it is determined in S3 of FIG. 2 that the warm-up of the fuel cell system has been completed, similarly to the warm-up process of FIG.

S21では、ECUは、温度センサの出力に基づいてスタックの平均温度を取得し、この平均温度が所定の暖機終了判定温度を超えたか否かを判定する。S21の判定がYESである場合には、S23に移り、暖機終了フラグFfinを0から1に変更する。これにより、暖機処理は終了し、通常発電に移行する(図2参照)。S21の判定がNOである場合には、S22に移る。   In S21, the ECU acquires the average temperature of the stack based on the output of the temperature sensor, and determines whether or not this average temperature exceeds a predetermined warm-up end determination temperature. If the determination in S21 is YES, the process proceeds to S23, and the warm-up end flag Ffin is changed from 0 to 1. As a result, the warm-up process ends, and the process shifts to normal power generation (see FIG. 2). If the determination in S21 is no, the process proceeds to S22.

S22では、ECUは、スタックのカソード流路の入口温度を取得し、この入口温度が所定の第1温度以上であるか否かを判定する。上述のように、エア流量低減処理又は冷媒流量低減処理を実行すると、スタックの内部ではカソード流路の入口側で発電が集中し、入口側の温度が上昇する。したがって、エア流量低減処理又は冷媒流量低減処理を完了し、通常暖機処理に移行するタイミングは、スタックの入口温度で判定できる。なお、スタックの入口温度は、スタックの温度センサの出力、スタックの発電電流の積算値、及び上記エア流量低減処理及び冷媒流量低減処理を実行した時間等に基づいて推定することができる。また、スタックのカソード流路の入口側の温度を検出する入口温度センサを備える場合には、このセンサの出力を用いて入口温度を算出してもよい。   In S22, the ECU acquires the inlet temperature of the cathode flow path of the stack and determines whether or not the inlet temperature is equal to or higher than a predetermined first temperature. As described above, when the air flow rate reduction process or the refrigerant flow rate reduction process is executed, power generation is concentrated on the inlet side of the cathode flow path inside the stack, and the temperature on the inlet side rises. Therefore, the timing of completing the air flow rate reduction process or the refrigerant flow rate reduction process and shifting to the normal warm-up process can be determined by the stack inlet temperature. The stack inlet temperature can be estimated based on the output of the stack temperature sensor, the integrated value of the generated current of the stack, and the time when the air flow rate reduction process and the refrigerant flow rate reduction process are executed. Further, when an inlet temperature sensor for detecting the temperature on the inlet side of the cathode flow path of the stack is provided, the inlet temperature may be calculated using the output of this sensor.

S22の判定がYESであり、入口温度が第1温度まで上昇した場合には、S23に移る。S23ではECUは、暖機処理を終了すべく暖機終了フラグFfinを0から1に変更する(S23参照)。これにより、暖機処理は終了し、通常発電に移行する(図2のS3参照)。すなわち、ECUは、これまでエア流量低減処理を行っていた場合(Fair=1であった場合)には、入口温度が第1温度を超えたことに応じてエア流量を低減時エア流量から通常発電エア流量まで増加させる。   If the determination in S22 is YES and the inlet temperature rises to the first temperature, the process proceeds to S23. In S23, the ECU changes the warm-up end flag Ffin from 0 to 1 to end the warm-up process (see S23). As a result, the warm-up process ends, and the process shifts to normal power generation (see S3 in FIG. 2). In other words, when the air flow rate reduction processing has been performed so far (when Fair = 1), the ECU normally reduces the air flow rate from the reduced air flow rate according to the fact that the inlet temperature has exceeded the first temperature. Increase to the power generation air flow rate.

S22の判定がNOである場合には、S24に移る。S24では、ECUは、セル電圧センサの出力に基づいてスタックのセル電圧値を取得し、このセル電圧値が所定の閾値以下であるか否かを判定する。上述のようにエア流量低減処理を実行すると、エア流量が低減時エア流量まで低減されるため、発電反応による生成水がカソード流路内に溜まる傾向がある。また、カソード流路内に生成水が過剰に溜まると、セル電圧が低下する傾向がある。S24の判定がNOである場合には、S25に移り、YESである場合には、S28に移る。   If the determination in S22 is no, the process proceeds to S24. In S24, the ECU acquires the cell voltage value of the stack based on the output of the cell voltage sensor, and determines whether or not the cell voltage value is equal to or less than a predetermined threshold value. When the air flow rate reduction process is executed as described above, the air flow rate is reduced to the reduced air flow rate, so that water generated by the power generation reaction tends to accumulate in the cathode flow path. In addition, when the generated water is excessively accumulated in the cathode channel, the cell voltage tends to decrease. If the determination in S24 is NO, the process proceeds to S25, and if the determination is YES, the process proceeds to S28.

S25では、ECUは、要求発電電流値を算出し、この要求電流値が所定の閾値以下であるか否かを判定する。スタックの発電電流が大きい場合には、スタックにおける発電反応はカソード流路の出口側に偏ることなく、入口側から出口側までまんべんなく進行する傾向があるので、エア流量低減処理を実行する必要性は乏しい。したがってS25の判定がNOである場合には、ECUは、エア流量を通常発電エア流量まで増加すべく、エア低減フラグFairを0にする(S26参照)。これにより、図4を参照して説明したように、冷媒流量のみ低減時冷媒流量まで低減し、エア流量を通常暖機時エア流量まで増加させる通常暖機処理が実行される(図4のS13参照)。   In S25, the ECU calculates a required power generation current value and determines whether or not this required current value is equal to or less than a predetermined threshold value. When the power generation current of the stack is large, the power generation reaction in the stack tends to progress evenly from the inlet side to the outlet side without being biased toward the outlet side of the cathode flow path. poor. Therefore, if the determination in S25 is NO, the ECU sets the air reduction flag Fair to 0 in order to increase the air flow rate to the normal power generation air flow rate (see S26). Accordingly, as described with reference to FIG. 4, the normal warm-up process is executed in which only the refrigerant flow rate is reduced to the reduced refrigerant flow rate and the air flow rate is increased to the normal warm-up air flow rate (S <b> 13 in FIG. 4). reference).

一方、スタックの発電電流が小さい場合には、スタックにおける発電反応はカソード流路の出口側に偏る傾向があるため、発電反応が入口側で重点的に進行するように、エア流量を低減時エア流量まで低減する方が好ましい。したがってS25の判定がYESである場合には、ECUは、エア流量及び冷媒流量を低減時エア流量及び低減時冷媒流量まで低減すべくエア低減フラグFairを1にする。これにより、図4を参照して説明したように、エア流量低減処理が実行される(図4のS12参照)。   On the other hand, when the power generation current of the stack is small, the power generation reaction in the stack tends to be biased toward the outlet side of the cathode flow path. Therefore, when the air flow rate is reduced so that the power generation reaction proceeds preferentially on the inlet side. It is preferable to reduce the flow rate. Therefore, if the determination in S25 is YES, the ECU sets the air reduction flag Fair to 1 to reduce the air flow rate and the refrigerant flow rate to the reduced air flow rate and the reduced refrigerant flow rate. Thereby, as described with reference to FIG. 4, the air flow rate reduction process is executed (see S12 of FIG. 4).

S24の処理に戻って、セル電圧値が閾値以下まで低下した場合について説明する。S24の判定がYESの場合、S28に移る。S28では、ECUは、S24の処理において初めてセル電圧の低下が確認されてから、所定時間経過したか否かを判定する。S28の判定がNOである場合には、S26に移り、上述のようにエア低減フラグFairを0にする。これにより、エア流量は、通常暖機時エア流量まで増加されるので、カソード流路に溜まった生成水の排出が促進され、ひいてはセル電圧が回復すると期待される。   Returning to the processing of S24, the case where the cell voltage value has decreased to a threshold value or less will be described. If the determination in S24 is YES, the process moves to S28. In S28, the ECU determines whether or not a predetermined time has elapsed since the decrease in the cell voltage was confirmed for the first time in the process of S24. If the determination in S28 is NO, the process moves to S26, and the air reduction flag Fair is set to 0 as described above. As a result, the air flow rate is normally increased to the warm-up air flow rate, so that the discharge of the generated water accumulated in the cathode flow channel is promoted and the cell voltage is expected to recover.

S28の判定がYESである場合、すなわち上述のようにエア流量を増加させてから所定時間が経過した後もセル電圧が回復しない場合には、S29に移る。S29では、ECUは、エア流量をさらに増大したり出力電流を制限したりすることによってセル電圧を回復させるための処理(図示せず)を開始すると共に、暖機処理を終了すべくS23に移る。   If the determination in S28 is YES, that is, if the cell voltage does not recover even after a predetermined time has elapsed since the air flow rate was increased as described above, the process proceeds to S29. In S29, the ECU starts a process (not shown) for recovering the cell voltage by further increasing the air flow rate or limiting the output current, and moves to S23 to end the warm-up process. .

次に、以上のような暖機処理の効果について、図6〜図8を参照して説明する。
図6は、暖機処理の実行中におけるスタックの入口側温度及び出口側温度の変化を示す図である。図6において、2つの太実線及び太破線は、本実施形態に係る暖機処理(図4及び図5)を行った場合におけるスタックの入口側及び出口側の温度の変化を示す。また2つの細実線及び細破線は、それぞれ図4のS12の通常暖機処理のみを行った場合におけるスタックの入口側及び出口側の温度の変化を示す。
Next, the effect of the warm-up process as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a diagram illustrating changes in the inlet side temperature and the outlet side temperature of the stack during execution of the warm-up process. In FIG. 6, two thick solid lines and thick broken lines indicate changes in the temperature on the inlet side and the outlet side of the stack when the warm-up process (FIGS. 4 and 5) according to the present embodiment is performed. Also, two thin solid lines and thin broken lines indicate changes in the temperatures on the inlet side and the outlet side of the stack when only the normal warm-up process of S12 in FIG. 4 is performed, respectively.

図6には、時刻t0においてイグニッションスイッチがオンにされたことに応じて暖機処理を開始し、時刻t0〜t1までエア流量低減処理(図4のS12参照)を実行し、時刻t1〜t2まで通常暖機処理(図4のS13参照)を実行し、その後、通常発電に移行した場合を示す。   In FIG. 6, warm-up processing is started in response to the ignition switch being turned on at time t0, air flow reduction processing (see S12 in FIG. 4) is performed from time t0 to time t1, and time t1 to time t2 The normal warm-up process (see S13 in FIG. 4) is executed until the normal power generation is performed.

図7は、通常暖機処理のみを行った場合の時刻t1、及びt3におけるスタックの内部の温度分布を示す図である。図8は、本実施形態に係る暖機処理を行った場合の時刻t1、t2、及びt3におけるスタックの内部の温度分布を示す図である。これら図7及び図8において、カソード流路の入口側は上側であり、カソード流路の出口側は下側である。   FIG. 7 is a diagram showing the temperature distribution inside the stack at times t1 and t3 when only the normal warm-up process is performed. FIG. 8 is a diagram showing the temperature distribution inside the stack at times t1, t2, and t3 when the warm-up process according to the present embodiment is performed. 7 and 8, the cathode channel inlet side is the upper side, and the cathode channel outlet side is the lower side.

エア流量や冷媒流量を低減する処理を行わなかった場合、発電反応は出口側で集中して進行する傾向がある。このため、図6の細実線及び細破線で示すように、出口側の温度は速やかに上昇するのに対し、入口側の温度の上昇は緩やかである。この結果、図7に示すように、時刻t0からt3まで暖機処理を実行しても温度分布のばらつきは大きいままであり、かつ入口側の温度もさほど上昇しない。   When the process of reducing the air flow rate or the refrigerant flow rate is not performed, the power generation reaction tends to concentrate on the outlet side. For this reason, as shown by a thin solid line and a thin broken line in FIG. 6, the temperature on the outlet side rises quickly, whereas the temperature rise on the inlet side is moderate. As a result, as shown in FIG. 7, even when the warm-up process is executed from time t0 to t3, the variation in temperature distribution remains large, and the temperature on the inlet side does not increase so much.

これに対し本実施形態では、時刻t0からt1にかけて、エア流量及び冷媒流量を低減することにより、発電反応は入口側で重点的に進行するため、出口側の温度上昇は遅くなるものの、入口側の温度は著しく上昇する。その後、時刻t1からt2にかけて、冷媒流量のみ低減しながらエア流量を増加させると、入口側の温度は上がり止まり徐々に低下するものの、出口側での発電が促進され、出口側の温度が上昇し始める。その後、時刻t2からt3にかけて、エア流量と冷媒流量を共に増加させると、温度分布のばらつきがなだらかになりながら、スタックの内部の温度が全体的に上昇する。この結果、入口側と出口側とを共に適温まで上昇することができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the power generation reaction proceeds mainly on the inlet side by reducing the air flow rate and the refrigerant flow rate from the time t0 to the time t1, the temperature rise on the outlet side slows down, but the inlet side The temperature rises significantly. Thereafter, from time t1 to t2, when the air flow rate is increased while reducing only the refrigerant flow rate, the temperature on the inlet side rises, stops and gradually decreases, but power generation on the outlet side is promoted, and the temperature on the outlet side increases. start. Thereafter, when both the air flow rate and the refrigerant flow rate are increased from time t2 to t3, the temperature inside the stack rises as a whole while the variation in temperature distribution becomes gentle. As a result, both the inlet side and the outlet side can be raised to an appropriate temperature.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお以下では、上記第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。第2実施形態は、ECUによって実行される暖機処理のフラグ更新処理の手順が上述の第1実施形態と異なる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The second embodiment differs from the above-described first embodiment in the procedure of the warm-up process flag update process executed by the ECU.

図9は、本実施形態に係るフラグ更新処理の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、図9の処理におけるS51〜S59の処理は、図5のS21〜S29の処理と同じであるので、以下では詳細な説明を省略する。   FIG. 9 is a flowchart showing a specific procedure of flag update processing according to the present embodiment. Note that the processing of S51 to S59 in the processing of FIG. 9 is the same as the processing of S21 to S29 of FIG.

S52の判定がYESである場合、S60に移る。S60では、ECUは、スタックのうち最も温度が高い部分の温度に相当するスタック最高温度を取得し、このスタック最高温度が上述の第1温度より高い第2温度以上であるか否かを判定する。上述のように冷媒の流量を低減すると、スタックの温度分布のばらつきが大きくなる傾向がある。したがって、スタックの最高温度が第2温度を超えた場合、この温度分布のばらつきをなだらかになるように、エア流量及び冷媒流量を共に通常発電エア流量及び通常発電冷媒流量まで増加した方が好ましい。そこでECUは、S60の判定がYESである場合には、S53に移り、暖機終了フラグFfinを1にする。これにより、暖機処理は終了し、通常発電に移行する(図2参照)。またS60の判定がNOである場合には、S56に移り、冷媒流量を低減したままエア流量のみ通常発電エア流量まで増加すべく、S56に移る。   When determination of S52 is YES, it moves to S60. In S60, the ECU acquires the maximum stack temperature corresponding to the temperature of the highest temperature portion of the stack, and determines whether or not the maximum stack temperature is equal to or higher than the second temperature higher than the first temperature. . As described above, when the flow rate of the refrigerant is reduced, variation in the temperature distribution of the stack tends to increase. Therefore, when the maximum temperature of the stack exceeds the second temperature, it is preferable to increase both the air flow rate and the refrigerant flow rate to the normal power generation air flow rate and the normal power generation refrigerant flow rate so that the variation in the temperature distribution becomes gentle. Therefore, if the determination in S60 is YES, the ECU proceeds to S53 and sets the warm-up end flag Ffin to 1. As a result, the warm-up process ends, and the process shifts to normal power generation (see FIG. 2). If the determination in S60 is NO, the process proceeds to S56, and the process proceeds to S56 in order to increase only the air flow rate to the normal power generation air flow rate while reducing the refrigerant flow rate.

以上、本発明の2つの実施形態について説明したが、本発明はこれらに限らない。
例えば、上記実施形態では、スタック2のカソード流路の入口側で重点的に発電が進行するように、エア流量を段階的に低減する場合について説明したが(図3参照)、本発明はこれに限らない。例えば、エア流量を低減する代わりに、カソード流路22に流入するガスの酸素濃度を低減しても、同様にカソード流路の入口側で重点的に発電を進行させることができる。なお、カソード流路22に流入するガスの酸素濃度は、図1のEGRポンプ46を駆動することによって低減することができる。すなわち、EGRポンプ46を駆動し、エアコンプレッサ41から供給される新気の量に対する空気還流管45を介して還流されるガスの量の割合を増加させることにより、カソード流路22に流入するガスの酸素濃度を低減することができる。
As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these.
For example, in the above embodiment, the case where the air flow rate is reduced stepwise so that power generation proceeds intensively on the inlet side of the cathode flow path of the stack 2 (see FIG. 3) has been described. Not limited to. For example, even if the oxygen concentration of the gas flowing into the cathode flow path 22 is reduced instead of reducing the air flow rate, power generation can be advanced intensively on the inlet side of the cathode flow path. Note that the oxygen concentration of the gas flowing into the cathode channel 22 can be reduced by driving the EGR pump 46 of FIG. That is, by driving the EGR pump 46 and increasing the ratio of the amount of gas recirculated through the air recirculation pipe 45 to the amount of fresh air supplied from the air compressor 41, the gas flowing into the cathode flow path 22 The oxygen concentration of can be reduced.

また、上述のようにエア流量や酸素濃度を低減する代わりに、アノード流路21に流入するガスの流量や水素濃度を低減しても、同様にアノード流路の入口側で重点的に発電を進行させることができる。なお、アノード流路21に流入するガスの流量は、図1のインジェクタ35を利用して低減することができる。また、アノード流路21に流入するガスの水素濃度は、図1のパージ弁33aや掃気弁48bを利用して低減することができる。すなわち、パージ弁33aを開き水素循環流路を流れるガスを排出する間隔を延ばすことにより、アノード流路21に流入するガスの水素濃度を低減することができる。また、掃気弁48bを開きエアコンプレッサ41からのエアを水素供給管32に導入することにより、アノード流路21に流入するガスの水素濃度を低減することができる。   Further, instead of reducing the air flow rate and the oxygen concentration as described above, if the gas flow rate and the hydrogen concentration flowing into the anode flow channel 21 are reduced, power generation is focused on the inlet side of the anode flow channel similarly. Can be advanced. The flow rate of the gas flowing into the anode channel 21 can be reduced using the injector 35 of FIG. Further, the hydrogen concentration of the gas flowing into the anode channel 21 can be reduced by using the purge valve 33a and the scavenging valve 48b of FIG. That is, the hydrogen concentration of the gas flowing into the anode channel 21 can be reduced by opening the purge valve 33a and extending the interval for discharging the gas flowing through the hydrogen circulation channel. Further, by opening the scavenging valve 48b and introducing the air from the air compressor 41 into the hydrogen supply pipe 32, the hydrogen concentration of the gas flowing into the anode passage 21 can be reduced.

図10は、図5のフローチャートの変形例1である。上述の図5や図9の処理では、暖機処理を行っている間にセル電圧値が所定の閾値以下である状態が所定時間にわたって継続した場合には(図5のS24及びS28、又は図9のS54及びS58参照)、セル電圧を回復する処理を開始し暖機処理を終了したが(図5のS23及びS29、又は図9のS53及びS59参照)、本発明はこれに限らない。この他、図10のS61に示すように、セル電圧値が短時間で大きく低下した場合、すなわちセル電圧値の所定時間における低下幅が所定の閾値より大きい場合に、セル電圧を回復する処理を開始し暖機処理を終了してもよい。   FIG. 10 is a first modification of the flowchart of FIG. In the processes of FIGS. 5 and 9 described above, when the state in which the cell voltage value is equal to or lower than the predetermined threshold value continues for a predetermined time during the warm-up process (S24 and S28 in FIG. 5 or FIG. 9 (see S54 and S58 in FIG. 9), the process for recovering the cell voltage is started and the warm-up process is ended (see S23 and S29 in FIG. 5 or S53 and S59 in FIG. 9), but the present invention is not limited to this. In addition, as shown in S61 of FIG. 10, when the cell voltage value greatly decreases in a short time, that is, when the decrease width of the cell voltage value in a predetermined time is larger than a predetermined threshold value, a process for recovering the cell voltage is performed. It may start and end the warm-up process.

図11は、図5のフローチャートの変形例2である。上述の図5や図9の処理では、
要求出力電流値に基づいてエア流量の低減の要否を判定したが(図5のS25、又は図9のS55参照)、本発明はこれに限らない。例えば、スタック2の膜電極構造体に発電に適した量の水分が存在している場合には、エア流量を低減時エア流量まで低減せずとも、カソード流路22の出口側で発電反応が集中して進行することはない。したがって、図11のS71及びS72に示すように、スタック2の膜電極構造体の含水率を推定し、この含水率が所定値以下である場合にのみ、エア流量を低減すべくフラグFairを0から1に変更するようにしてもよい。なおこの膜電極構造体の含水率は、図示しないインピーダンス測定器を用いて、スタック2のインピーダンス値を測定することにより、推定することができる。
FIG. 11 is a second modification of the flowchart of FIG. In the processing of FIG. 5 and FIG. 9 described above,
Although the necessity of reducing the air flow rate is determined based on the required output current value (see S25 in FIG. 5 or S55 in FIG. 9), the present invention is not limited to this. For example, when the membrane electrode structure of the stack 2 contains an amount of moisture suitable for power generation, the power generation reaction occurs at the outlet side of the cathode channel 22 without reducing the air flow rate to the reduced air flow rate. There is no concentration. Therefore, as shown in S71 and S72 of FIG. 11, the moisture content of the membrane electrode structure of the stack 2 is estimated, and the flag Fair is set to 0 to reduce the air flow rate only when the moisture content is not more than a predetermined value. You may make it change from 1 to 1. The moisture content of the membrane electrode structure can be estimated by measuring the impedance value of the stack 2 using an impedance measuring device (not shown).

1…燃料電池システム
2…燃料電池スタック
31…水素タンク(反応ガス供給装置)
35…インジェクタ(反応ガス供給装置)
41…エアコンプレッサ(反応ガス供給装置)
46…EGRポンプ(反応ガス供給装置)
52…ウォータポンプ(冷媒供給装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 2 ... Fuel cell stack 31 ... Hydrogen tank (reaction gas supply device)
35. Injector (reactive gas supply device)
41 ... Air compressor (reactive gas supply device)
46 ... EGR pump (reactive gas supply device)
52 ... Water pump (refrigerant supply device)

Claims (5)

反応ガスが供給されると発電する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給装置と、を備えた燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池の暖機の要否を判定する暖機要否判定工程と、
暖機が不要であると判定された場合には、前記冷媒を所定の通常冷媒流量で前記燃料電池に供給しかつ前記反応ガスを所定の通常発電流量又は通常発電濃度で供給する通常発電工程と、
暖機が必要であると判定された場合には、前記冷媒を前記通常冷媒流量よりも少ない暖機冷媒流量で前記燃料電池に供給する冷媒流量低減工程と、
前記燃料電池に対する要求発電電流値を取得し、当該要求発電電流値が所定の閾値以下であるか否かを判定する要求電流判定工程と、
暖機が必要でありかつ前記要求発電電流値が前記閾値以下であると判定された場合には、前記反応ガスを前記通常発電流量よりも少ない暖機発電流量又は前記通常発電濃度よりも低い暖機発電濃度で前記燃料電池に供給する反応ガス低減工程と、を備えることを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
A fuel cell system activation method comprising: a fuel cell that generates power when a reaction gas is supplied; a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell; and a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the fuel cell. Because
A warm-up necessity determination step for determining whether the fuel cell needs to be warmed up;
A normal power generation step of supplying the refrigerant to the fuel cell at a predetermined normal refrigerant flow rate and supplying the reaction gas at a predetermined normal power generation flow rate or normal power generation concentration when it is determined that the warm-up is unnecessary; ,
When it is determined that warm-up is necessary, a refrigerant flow rate reducing step of supplying the refrigerant to the fuel cell at a warm-up refrigerant flow rate lower than the normal refrigerant flow rate;
A required current determination step for obtaining a required generated current value for the fuel cell and determining whether the required generated current value is a predetermined threshold value or less;
If it is determined that warm-up is necessary and the required power generation current value is less than or equal to the threshold value, the reaction gas is heated to a warm power generation flow rate lower than the normal power generation flow rate or lower than the normal power generation concentration. And a reactive gas reduction step of supplying the fuel cell with a mechanical power generation concentration.
前記要求発電電流値が前記閾値より大きいと判定された場合には前記反応ガス低減工程を行わないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムの起動方法。   2. The method of starting a fuel cell system according to claim 1, wherein the reactive gas reduction step is not performed when it is determined that the required power generation current value is larger than the threshold value. 前記燃料電池の内部の反応ガスの流路のうち入口側の温度を取得し、当該入口側の温度が所定の第1温度以上であるか否かを判定する入口温度判定工程と、
前記反応ガス低減工程を行っている間に前記入口側の温度が前記第1温度以上であると判定された場合には、前記反応ガスの流量を前記暖機発電流量より増加させるか又は前記反応ガスの濃度を前記暖機発電濃度よりも増加させる反応ガス復帰工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システムの起動方法。
An inlet temperature determination step of acquiring the temperature on the inlet side of the flow path of the reaction gas inside the fuel cell and determining whether the temperature on the inlet side is equal to or higher than a predetermined first temperature;
When it is determined that the temperature on the inlet side is equal to or higher than the first temperature during the reaction gas reduction step, the flow rate of the reaction gas is increased from the warm-up power generation flow rate or the reaction The method of starting a fuel cell system according to claim 1, further comprising a reaction gas return step of increasing a gas concentration to be higher than the warm-up power generation concentration.
前記燃料電池の内部の最高温度を取得し、当該最高温度が所定の第2温度以上であるか否かを判定する最高温度判定工程と、
前記冷媒流量低減工程を行っている間に前記最高温度が前記第2温度以上であると判定された場合には、前記冷媒の流量を前記暖機冷媒流量よりも増加させる冷媒流量復帰工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の燃料電池システムの起動方法。
A maximum temperature determination step of acquiring a maximum temperature inside the fuel cell and determining whether the maximum temperature is equal to or higher than a predetermined second temperature;
When it is determined that the maximum temperature is equal to or higher than the second temperature while the refrigerant flow rate reducing step is being performed, a refrigerant flow rate returning step for increasing the flow rate of the refrigerant beyond the warm-up refrigerant flow rate; The method of starting a fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記燃料電池の膜の含水率を取得する含水率取得工程をさらに備え、
暖機が必要であり、前記要求発電電流値が前記閾値以下であり、かつ前記含水率が所定値以下であると判定された場合に前記反応ガス低減工程を行うことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の燃料電池システムの起動方法。
A water content acquisition step of acquiring the water content of the fuel cell membrane;
The reactive gas reduction step is performed when it is determined that warm-up is necessary, the required power generation current value is not more than the threshold value, and the moisture content is not more than a predetermined value. 5. The method for starting the fuel cell system according to any one of items 1 to 4.
JP2014099759A 2014-05-13 2014-05-13 Fuel cell system Active JP6157405B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014099759A JP6157405B2 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014099759A JP6157405B2 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015216084A true JP2015216084A (en) 2015-12-03
JP6157405B2 JP6157405B2 (en) 2017-07-05

Family

ID=54752790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014099759A Active JP6157405B2 (en) 2014-05-13 2014-05-13 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6157405B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020135956A (en) * 2019-02-14 2020-08-31 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP7347328B2 (en) 2020-05-27 2023-09-20 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
DE102023109707A1 (en) 2022-05-17 2023-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313388A (en) * 2001-04-10 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd Control method for fuel cell and fuel cell electric vehicle
JP2005174645A (en) * 2003-12-09 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009054427A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009238660A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009283190A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system, and control method thereof
JP2013229140A (en) * 2012-04-24 2013-11-07 Honda Motor Co Ltd Fuel battery system and fuel battery system starting method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313388A (en) * 2001-04-10 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd Control method for fuel cell and fuel cell electric vehicle
JP2005174645A (en) * 2003-12-09 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009054427A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2009238660A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009283190A (en) * 2008-05-20 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system, and control method thereof
JP2013229140A (en) * 2012-04-24 2013-11-07 Honda Motor Co Ltd Fuel battery system and fuel battery system starting method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020135956A (en) * 2019-02-14 2020-08-31 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP7124751B2 (en) 2019-02-14 2022-08-24 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
JP7347328B2 (en) 2020-05-27 2023-09-20 トヨタ自動車株式会社 fuel cell system
DE102023109707A1 (en) 2022-05-17 2023-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6157405B2 (en) 2017-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7119705B2 (en) fuel cell system
JP5920525B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
US10090539B2 (en) Fuel cell system
JP6292405B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM OPERATION CONTROL METHOD
JP6137122B2 (en) Method for controlling flow rate of cooling medium in fuel cell system, and fuel cell system
JP6252595B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP5056239B2 (en) Fuel cell system
JP2008103228A (en) Fuel cell system
JP6157405B2 (en) Fuel cell system
JP5113634B2 (en) Fuel cell system
JP2015228305A (en) Fuel cell system
JP5168814B2 (en) Fuel cell system and vehicle equipped with fuel cell system
JP6052245B2 (en) Fuel cell system
JP5023684B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL START-UP METHOD
JP5083603B2 (en) Fuel cell system
JP2007220355A (en) Low-temperature starting method of fuel cell system and fuel cell
JP2021184352A (en) Fuel cell system
JP6198146B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP6223311B2 (en) Control method of fuel cell system
JP6972920B2 (en) Fuel cell system
JP5154846B2 (en) Fuel cell system and its performance recovery method
JP2014007097A (en) Fuel cell system
JP6173282B2 (en) How to stop the fuel cell system
JP6444456B2 (en) Starting method of fuel cell system
JP2016031776A (en) Method of starting fuel battery system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6157405

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150